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航天鼻祖齐奥尔科夫斯基
1857年9月17日,齐奥尔科夫斯基出生于俄国梁赞州的伊热夫斯村。父亲是护林员,母亲出身工匠之家,家境贫寒,儿时过着艰辛的生活。更不幸的是,齐奥尔科夫斯基10岁时患上严重的猩红热病,双耳失聪,尚未读完小学就不得不辍学在家。在父母的辅导下,他靠顽强的毅力自学了小学和初中课程,并养成了勤于思考的习惯。14岁时,他从物理书中获得知识,尝试着做风箱扇风推动的车模型,做纸袋充氢气飞行,绘制想象中的飞行器草图。
1873年,16岁的齐奥尔科夫斯基怀着强烈的渴望,只身到莫斯科开始3年的求学生涯。由于耳聋无法进入学校读书,只能每天到图书馆自学他不论寒暑,早出晚归,整天泡在图书馆刻苦攻读,靠父亲寄钱维持起码的生活,3年竟学完了大学理科的课程。在求学期间,他对星际航行产生了浓厚的兴趣,自己动手制造金属飞行器,开始研究有关火箭飞行的问题。他后来回忆说:“我很少系统地学习过,只读过使我产生兴趣的和自认为重要的一些书。可以说,我一面学习,一面创造,尽管也经常耽误学习和创造失败。我也很难准确回忆起我是怎样开始计算有关火箭的问题。对我来说,第一颗太空飞行思想的种子是由著名的儒勒·凡尔纳的幻想小说播下的,它使我在头脑里形成了明确的人生发展方向,我开始把它作为一种严肃的活动。”
1879年,齐奥尔科夫斯基以优异成绩通过考试,取得中学教师的资格。他一边在波罗沃斯克中学教数学和物理,一边独立研究星际航行问题。他对宇航的研究倾注了全部热情,把课余时间都投在了没有引力的世界,甚至到了痴迷的程度。在他这一时期的笔记本里,画有太阳系的天文图,描绘了能悬挂在太空的“纺锤形塔”和“人造圈”,这可能就是他关于人造卫星和空间站的最早构想。1883年,他写出了《自由空间》论文手稿,指出利用反作用装置作为太空旅行工具的动力的可能性,在地球之外人类受到失重的考验,火箭能在太空中飞行,还绘出了一幅征服太空的火箭发动机原理图。1887年,他应邀去莫斯科作了关于金属飞行器的学术讲演,他的研究成果引起一些科学家的关注。1891年,他从理论上研究了星际航行问题,进一步明确指出只有火箭才能达到这一目的。
这时发生了两件令齐奥尔科夫斯基十分痛心的事情:一件是邻居的草屋失火,将齐奥尔科夫斯基家的图书、工具、模型和手稿焚毁,多年的心血付之东流;另一件是他的才华和正直受到嫉妒,未能再去莫斯科工作,给他的研究工作造成很大困难。1892年,他愤然离开波罗沃斯克城,举家迁居卡卢加小镇。在那里他仍然是一边在中学教物理,一边潜心于他的研究实验工作。1893年,他发表了科幻小说《在月球上》,两年后又出版了《关于地球和天空的幻想及万有引力效应》一书,提出了发射人造地球卫星的设想。他不仅利用学校破旧的物理实验室做小蒸汽机喷气实验,而且还在自家的房顶上用废弃的铁筒制成一个“风洞”,用这种简陋的送风机来测定空气的阻力,获得有关火箭和航天原理的数据,为他创立航天理论打下了基础。
功夫不负有心人。齐奥尔科夫斯基的研究,几乎涉及到实现太空飞行从火箭燃料选择到人如何克服失重影响的各种课题,在理论研究上取得了突破性的进展。1898年,他完成了《利用喷气装置研究宇宙空间》的经典论文。这篇论文凝结了他多年的研究成果。但几经周折,这一划时代著作5年后才在莫斯科的《科学评论》杂志上发表。随后,他又在《航空报告》杂志上陆续发表了几篇关于火箭和太空飞行的论文,奠定了航天学的理论基础。这些确立了齐奥尔科夫斯基作为航天理论奠基者的地位。
齐奥尔科夫斯基发表的《利用喷气装置研究宇宙空间》,为人类飞向太空开辟了道路。在这本科学著作中,他论证了火箭作为星际航行工具的可能性,推导出了火箭运动的基本方程。这个方程后来被命名为“齐奥尔科夫斯基公式”。它引出了火箭质量比,即火箭起飞前的质量与火箭所携带燃料耗尽后的质量之比的概念,还首次提出了火箭推进剂比冲的概念。质量比越大,比冲越高,火箭性能就越好。因此,火箭质量比和推进剂比冲对于利用火箭实现太空飞行具有重要意义。同时,他还推算出火箭要克服地球引力所需的最小速度,即第一宇宙速度,首次明确提出液体火箭是实现星际航行的理想工具。这标志着火箭飞行理论的真正开端,是航天发展史上的一个里程碑。
经过长达7年的艰苦努力,1911年,齐奥尔科夫斯基又完成了《火箭与太空探索》的研究论著,更加丰富了他的航天理论。在此书以连载形式发表的前言中,他写道:“开始必须有理想、幻想甚至神话,接着便进行科学计算。这样,最后就可以实现自己的理想,有关宇宙航行的著作便属于创造性阶段。”确实如此,齐奥尔科夫斯基进一步描绘了宇宙飞船发射和飞行,超重对航天员的影响,人在太空中的失重效应,登天观看地球的迷人景象等。所有这些都建立在严格的科学计算基础上,充分展示出了他的创造才能,揭示了利用火箭探索太空的基本原理。
在齐奥尔科夫斯基担任中学教员的十分艰难的日子里,他大约写了130篇论文但只自费发表了近50篇,还不被人们所理解。俄国十月革命后,齐奥尔科夫斯基的研究工作受到信任和重视,他逐步有了较好的生活和工作条件,他的关于征服宇宙空间的思想也迅速传播开来。他在60岁以后的18年时间里,写了《飞往宇宙空间的火箭》、《宇宙飞船》等450篇手稿,继续阐述他关于星际航行的认识和思想。特别是1929年完成的《宇宙火箭列车》,对多级火箭作了详细的理论论证,证明了化学推进剂的火箭发动机能够达到宇宙速度。
1930年发表的《致航天学家》和1932年发表的《达到同温层》著作,则进一步论证了火箭推进剂的性能和对火箭的各种设计要求。他晚年写成的《宇宙火箭工作》一文,则系统地总结了他在火箭和航天学领域的工作和成绩,论及了火箭、人造卫星、载人飞船、太空基地、星际航行的几乎所有问题,为航天学的创立作出了巨大贡献。他在这篇自述的文章中说:“在我工作和研究过程中,我发表了利用类似于火箭的反作用装置实现太空飞行的理论。基于已被检验的数据推导表明,人类进入太空甚至在地球大气层之外移民都是可能的。也许当我的思想获得应用,人类不仅在地球表面上活动,而且飞到宇宙空间时,上百年已经过去了。”
现在,一个世纪过去了。人们看到航天已经不再是神秘而被嘲讽为“怪人”的幻想,人类不仅频繁地到太空活动甚至登临月球漫步,而且正在向着一个更远的目标进军。这就是齐奥尔科夫斯基在1933年五一劳动节向公众发表的广播讲演中所期望的未来:“40年来,我一直从事有关火箭原理的研究。我始终都坚定地认为,在可预见的将来,人类将可能飞向火星。尽管时代在变,但星际航行的理想总要继续下去。今天我确信,你们之中将有人到星际中航行。”
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